華為路由器傳輸雷達(dá)信號(hào)延時(shí)的優(yōu)化

周穎

（民航華東空管局通信網(wǎng)絡(luò)公司，上海 200335）

0 引 言

隨著近年來通信技術(shù)的發(fā)展，華為的通信設(shè)備進(jìn)入民航空管等專業(yè)業(yè)務(wù)的傳輸領(lǐng)域。民航空管行業(yè)對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)在延時(shí)、丟包等方面有些更嚴(yán)格的要求。

目前民航空管有華為AR3260 路由器使用RTC終端接入技術(shù)傳輸雷達(dá)信號(hào)的案例。為了在上述環(huán)境下正常的傳輸雷達(dá)信號(hào)，需要對(duì)華為AR3260 的部分配合至RTC 終端接入技術(shù)進(jìn)行分析，研究影響雷達(dá)信號(hào)傳輸延時(shí)的配置參數(shù)，并測(cè)試這些配置參數(shù)對(duì)延時(shí)的影響程度。

1 RTC 終端接入技術(shù)

雷達(dá)信號(hào)在數(shù)據(jù)鏈路層使用HDLC 協(xié)議，通過華為AR3260 路由器和RTC 終端接入技術(shù)將HDLC 信號(hào)使用同步串口連接到路由器，通過IP 網(wǎng)絡(luò)透?jìng)鱄DLC 報(bào)文，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。

RTC 終端接入技術(shù)可以解決IP 網(wǎng)絡(luò)無法透?jìng)鱄DLC 報(bào)文的問題，其基本架構(gòu)如圖1所示。路由器配置RTC 終端接入功能后，可以將被監(jiān)控終端（如雷達(dá)源）傳送的HDLC報(bào)文封裝成TCP 報(bào)文，通過IP 網(wǎng)絡(luò)建立TCP 連接，將封裝后的TCP 報(bào)文傳送到遠(yuǎn)端路由器，遠(yuǎn)端路由器再將TCP 報(bào)文解封為HDLC 報(bào)文，傳送到監(jiān)控終端（各類雷達(dá)用戶接入設(shè)備），實(shí)現(xiàn)IP 網(wǎng)絡(luò)透?jìng)鱄DLC 報(bào)文的功能，RTC 終端接入技術(shù)基本構(gòu)架如圖1所示。

圖1 RTC 終端接入技術(shù)基本構(gòu)架示意圖

在RTC 終端接入技術(shù)中的基本架構(gòu)里，包含三種角色：終端（監(jiān)控終端和被監(jiān)控終端）、RTC 客戶端、RTC 服務(wù)器端。

（1）終端分為監(jiān)控終端和被監(jiān)控終端。在空管數(shù)據(jù)網(wǎng)的應(yīng)用中，雷達(dá)源為被監(jiān)控設(shè)備，雷達(dá)用戶接入設(shè)備為監(jiān)控終端。雷達(dá)源作為被監(jiān)控終端，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集雷達(dá)數(shù)據(jù)，及時(shí)響應(yīng)雷達(dá)用戶接入設(shè)備的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給雷達(dá)用戶接入設(shè)備。

（2）RTC 客服端連接監(jiān)控終端，通常作為RTC 終端接入技術(shù)的發(fā)起方，主動(dòng)向RTC 服務(wù)器端發(fā)起TCP 連接，以此獲取數(shù)據(jù)信息。在空管數(shù)據(jù)網(wǎng)應(yīng)用中，雷達(dá)信號(hào)輸出路由器為RTC 客服端，與雷達(dá)用戶接入設(shè)備物理相連，并主動(dòng)向雷達(dá)信號(hào)輸入路由器發(fā)起TCP 連接。

（3）RTC 服務(wù)器端連接被監(jiān)控終端，通常作為RTC 終端接入技術(shù)的接收方，負(fù)責(zé)接收RTC 客服端發(fā)出的TCP 連接請(qǐng)求，之后向被監(jiān)控終端發(fā)送采集的數(shù)據(jù)。在空管數(shù)據(jù)網(wǎng)應(yīng)用中，雷達(dá)信號(hào)輸入路由器為RTC 服務(wù)器端，與雷達(dá)源物理相連，并在接收到RTC 客服端發(fā)送的請(qǐng)求后，向其發(fā)送雷達(dá)信號(hào)。

RTC 終端接入技術(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程如圖2所示。

圖2 RTC 終端接入技術(shù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程示意圖

RTC 終端接入技術(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程可分為八個(gè)流程，如下帶入空管傳輸雷達(dá)數(shù)據(jù)的環(huán)境加以說明：

（1）雷達(dá)用戶接入設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)（HDLC 封裝）給雷達(dá)信號(hào)輸出路由器；

（2）雷達(dá)用戶接入設(shè)備發(fā)送的請(qǐng)求數(shù)據(jù)觸發(fā)雷達(dá)信號(hào)輸出路由器向雷達(dá)信號(hào)輸入路由器發(fā)起TCP 連接請(qǐng)求；

（3）雷達(dá)信號(hào)輸入路由器接收到雷達(dá)信號(hào)輸出路由器的TCP 連接請(qǐng)求，通過TCP 三次握手后，建立TCP連接；

（4）雷達(dá)信號(hào)輸出路由器將雷達(dá)用戶接入設(shè)備發(fā)送的HDLC 報(bào)文封裝成TCP 報(bào)文后，通過IP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到RTC 服務(wù)器端。目前由于空管使用雷達(dá)信號(hào)多為單向傳輸，該流程可能不執(zhí)行；

（5）雷達(dá)信號(hào)輸入路由器接收到TCP 報(bào)文后，將其解封裝為HDLC 報(bào)文后，再發(fā)送給雷達(dá)源。目前由于空管使用雷達(dá)信號(hào)多為單向傳輸，該流程可能不執(zhí)行；

（6）雷達(dá)源將采集的雷達(dá)數(shù)據(jù)以HDLC 報(bào)文形式發(fā)送給雷達(dá)信號(hào)輸入路由器；

（7）雷達(dá)信號(hào)輸入路由器將雷達(dá)源發(fā)送的HDLC 報(bào)文封裝成TCP 報(bào)文后，通過IP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到雷達(dá)信號(hào)輸出路由器；

（8）雷達(dá)信號(hào)輸出路由器將雷達(dá)源發(fā)送的TCP 報(bào)文解封裝成HDLC 報(bào)文后，發(fā)送給雷達(dá)用戶接入設(shè)備。

2 雷達(dá)產(chǎn)生延時(shí)的環(huán)節(jié)

根據(jù)上文對(duì)RTC 技術(shù)的介紹，在路由器將HDLC 幀封裝成TCP 報(bào)文的過程和TCP 傳輸過程中會(huì)影響雷達(dá)信號(hào)的延時(shí)。其中HDLC 幀封裝過程中影響延時(shí)的路由器參數(shù)有：itf number ；TCP 傳輸過程中影響延時(shí)的路由器參數(shù)有：擁塞算法的選擇、TCP 連接收發(fā)緩沖區(qū)大?。╰cpsendbuf-size和tcprecvbuf-size）。

上述路由器配置參數(shù)都對(duì)雷達(dá)信號(hào)延時(shí)有不同程度的影響，需要研究其對(duì)雷達(dá)信號(hào)傳輸延時(shí)的影響程度，并進(jìn)行優(yōu)化。

3 相關(guān)配置參數(shù)的測(cè)試

3.1 itfnumber

itf number 命令用來配置同步方式下串行接口的幀間填充符的個(gè)數(shù)。幀間填充符是接口在沒有發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)送的碼型，用來使接收設(shè)備在收到數(shù)據(jù)幀后有一定的緩沖時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理，并為接收下一幀做好充分準(zhǔn)備。

幀間填充符的個(gè)數(shù)表示兩個(gè)相鄰幀之間存在多少個(gè)幀間填充符，而幀間填充符作為額外開銷，會(huì)影響接口的實(shí)際傳輸速率。通過執(zhí)行itf number 命令，用戶可以手動(dòng)設(shè)置幀間填充符的數(shù)目，從而對(duì)傳輸速率進(jìn)行適配。

幀間填充符的個(gè)數(shù)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)延時(shí)的影響表現(xiàn)為：增大幀間填充符的個(gè)數(shù)，實(shí)際發(fā)送有效數(shù)據(jù)包的速率減小，延時(shí)增大；減小幀間填充符的個(gè)數(shù)，實(shí)際發(fā)送有效數(shù)據(jù)包的速率變大，延時(shí)減小。

華為路由器串行接口默認(rèn)itf number 數(shù)值為4 個(gè)字符，取值范圍為0～ 12 字節(jié)。目前TDM 數(shù)據(jù)網(wǎng)同步端口itf number 數(shù)據(jù)為默認(rèn)配置

為了確認(rèn)itf number 對(duì)雷達(dá)信號(hào)延時(shí)的影響程度，分別對(duì)某selex 雷達(dá)A、B 某信號(hào)傳輸端口配置不同的itf number值，得到雷達(dá)信號(hào)延時(shí)測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 itf number 對(duì)雷達(dá)信號(hào)傳輸延時(shí)影響測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表1中三個(gè)對(duì)照組的測(cè)試結(jié)果，可以明顯看出itf number 取值與雷達(dá)信號(hào)延時(shí)成正比。但itf number 取值對(duì)雷達(dá)信號(hào)延時(shí)的影響不明顯。無法通過修改itf number 取值達(dá)到較大程度降低雷達(dá)信號(hào)延時(shí)的目的。

3.2 TCP 連接收發(fā)緩沖區(qū)和擁塞算法

Nagle 算法是為了盡可能發(fā)送大塊數(shù)據(jù)，避免網(wǎng)絡(luò)中充斥著許多小數(shù)據(jù)塊，以減少IP 報(bào)頭和TCP 報(bào)頭的開銷，提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

該算法的核心思想是最多只能有一個(gè)未被確認(rèn)的數(shù)據(jù)小分組存在于網(wǎng)絡(luò)，而待發(fā)送的其他小分組會(huì)被重新分組成一個(gè)較大的分組，等收到上一個(gè)小分組的應(yīng)答或長度達(dá)到一定程度后再發(fā)送。

收發(fā)緩沖區(qū)起到緩沖數(shù)據(jù)的作用。TCP 接收緩沖區(qū)為較小值時(shí)，路由器將不間斷發(fā)送數(shù)據(jù)；TCP 接收緩沖區(qū)為較大值時(shí)，TCP 緩存區(qū)將集中存儲(chǔ)一定量數(shù)據(jù)后再發(fā)送出去，可能產(chǎn)生一定延時(shí)。

Nagle 算法發(fā)送數(shù)據(jù)的主要規(guī)則如下：

（1）如果數(shù)據(jù)包長度達(dá)到tcp min-mss，則允許發(fā)送；

（2）若所有發(fā)出去的小分組都被確認(rèn)，則允許發(fā)送；

（3）設(shè)置了tcpnodelay 選項(xiàng)，則允許發(fā)送。

由于使用Nagle 算法時(shí)需要達(dá)到一定條件才會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此會(huì)引起數(shù)據(jù)排隊(duì)，產(chǎn)生額外延時(shí)。

目前華為路由器RTC 技術(shù)中默認(rèn)配置為使用Nagle 算法，反之可在RTA 模板中開啟tcpnodelay enhance 命令配置TCP 連接中不使用Nagle 算法，以減少TCP 報(bào)文收發(fā)過程中的時(shí)延。

圖2中RTC 終端接入技術(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程中步驟4 和步驟7 中收發(fā)緩沖區(qū)起到緩沖數(shù)據(jù)的作用。用戶可使用tcpsendbuf-size 和tcprecvbuf-size 命令在華為路由器上配置TCP 連接收發(fā)緩沖區(qū)大小。

根據(jù)雷達(dá)業(yè)務(wù)的特性和對(duì)收發(fā)緩沖區(qū)的研究，可以進(jìn)一步對(duì)收發(fā)緩沖區(qū)大小做出以下結(jié)論：

（1）收發(fā)緩沖區(qū)大小配置為較小值雖然可以提高傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，但抗傳輸抖動(dòng)性能差，容易產(chǎn)生丟包；

（2）收發(fā)緩沖區(qū)大小配置為較大值雖然可以提高抗傳輸抖動(dòng)性能，但會(huì)增加信號(hào)的延時(shí)；

（3）雷達(dá)信號(hào)需要較好的實(shí)時(shí)性；

（4）傳輸速率較高的雷達(dá)需要將收發(fā)緩沖區(qū)配置相對(duì)較大值以免丟包。

為了驗(yàn)證上述配置參數(shù)對(duì)雷達(dá)信號(hào)延時(shí)的影響程度，對(duì)某selex 雷達(dá)業(yè)務(wù)RTA 模板中配置參數(shù)進(jìn)行不同配置，得到雷達(dá)信號(hào)延時(shí)測(cè)試結(jié)果表2所示。

表2 RTA 模板不同參數(shù)對(duì)雷達(dá)延時(shí)的影響

根據(jù)表2中的測(cè)試結(jié)果，可以看出TCP 的收發(fā)緩沖區(qū)不論配置為何值，其對(duì)雷達(dá)信號(hào)的延時(shí)的影響沒有明顯變化規(guī)律。而開啟tcpnodelay enhance 算法后，雷達(dá)信號(hào)延時(shí)有較大程度的減小。

4 結(jié) 論

根據(jù)對(duì)華為路由器和RTC 技術(shù)中影響雷達(dá)信號(hào)傳輸延時(shí)的相關(guān)參數(shù)的測(cè)試研究，itf number 取值以及TCP 收發(fā)緩沖區(qū)取值對(duì)雷達(dá)信號(hào)的傳輸延時(shí)影響程度較小。而開啟tcpnodelay enhance 功能可明顯降低雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)难訒r(shí)。目前華為AR3260 路由器開啟tcpnodelay enhance 功能后傳輸雷達(dá)信號(hào)，雷達(dá)用戶在實(shí)際使用中確認(rèn)雷達(dá)信號(hào)延時(shí)處于正常范圍之內(nèi)。但目前的研究方式僅針對(duì)雷達(dá)信號(hào)的傳輸延時(shí)，若考慮到傳輸中的抖動(dòng)等因素，須進(jìn)一步研究。